盾构刀具简介
盾构刀盘刀具使用与管理

盾构及掘进技术国家重点实验室
(一)刀具类型与结构形式
(4)周边刮刀
周边刮刀(也称铲刀)采用背装式设计安装于刀盘外
圈,可从土仓内进行更换,用于清除边缘部分开挖渣
土,防止渣土沉积,确保刀盘开挖直径以及防止刀盘 外缘间接磨损。
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(一)刀具类型与结构形式
(4)周边刮刀
周边刮刀的切削面上设有一排连续的碳钨合金齿和一
(3)先行刀
耐磨性结构设计:先行刀按刀盘双向转动设计,齿刀
和撕裂刀可安装在一个特殊设计的刀箱中,并允许根
据刀盘转动方向做适当微动。这种微动的结构设计主 要用来减少先行刀侧面的磨损。必要时,齿刀和撕裂 刀的刀座可设计成与滚刀可互换的结构。此外,先行 撕裂刀也可采用类似的双层耐磨设计,并可在刀具背 部设有双排碳钨合金柱齿。
(一)刀具类型与结构形式
单刃滚刀的安装结构
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(一)刀具类型与结构形式
双刃滚刀的安装结构
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(一)刀具类型与结构形式
(2)切刀
切刀(也称刮刀),用于切削未固结土壤和软岩地层
,并将切削渣土刮入土仓中,既可用于软土盾构刀盘
,如面板式刀盘和辐条式刀盘,也可用于卵砾石地层 及风化岩地层盾构刀盘。 切刀主要由矿山用硬质合金刀刃和刀体组成。其中, 刀刃焊接在刀体上。根据刀刃焊接方式不同可分为附 着式和嵌入式。
个双排碳钨合金柱齿,用于增强刀具耐磨性,以确保 即使在掘进几公里之后刀盘仍然有一个正确的开挖直 径。对周边刮刀而言,单排连续碳钨合金刀齿是足够 的,因为周边刮刀仅其端部切削地层,而切刀在整个 宽度范围切削地层。
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(一)刀具类型与结构形式
盾构刀盘结构设计与分析

关键词:盾构;刀盘;结构设计;发展
中图分类号:U455.43
文献标识码:A
doi:10.13244/ki.jiwhr.20190158
1 研究背景
盾 构 是 以 土 质 为 主 地 质 条 件 下 , 隧 洞(道)全 断 面 开 挖 的 地 下 施 工 机 械 装 备 , 广 泛 用 于 水 利 水 电 隧洞、铁路公路隧道、城市地铁、市政等工程的施工。盾构刀盘属于钢结构焊接件,安装在盾构最 前端,是掘削刀具安装的载体。在盾构施工中,盾构刀盘连同其上的刀具一起推进并旋转,刀盘将 推力和转矩传递给每把刀具,使刀具对掌子面土体产生切削力并进行切削作业。刀盘刀具在地下施 工过程中会遇到不同种类的地质,如黏土、砂土、淤泥、卵砾石等多种地质的混合土体,作业条件 复杂恶劣,从而给盾构刀盘及刀具提出了严苛要求。由于盾构施工隧道地质地层的不同、隧道断面 形状和不同生产厂商秉承设计理念的不同等,出现了各式各样的盾构刀盘结构。因此,分析盾构刀 盘结构、刀具刀座、刀具布置和其它刀盘功能结构等的发展和面临的挑战,为盾构刀盘结构设计创 新发展提供借鉴就显得非常必要。
2 刀盘结构分析
2.1 刀盘三大功能 目前隧道施工使用的盾构刀盘主要包括三大功能:开挖功能、稳定功能和搅拌 功 能[1]。 刀 盘 结 构 设 计 过 程 中 , 前 两 大 功 能 是 刀 盘 设 计 需 重 点 考 虑 的 首 要 因 素 , 对 刀 盘 结 构 设 计 也 有 非常大的影响,而搅拌功能则是刀盘旋转切削地层时的附加功能,对结构设计影响较小。盾构刀盘 结构设计合理与否直接影响着盾构的开挖效果和掌子面稳定情况,三大功能也成为刀盘结构设计的 出发点。刀盘结构形式与隧道地质状况密切相关,为了实现刀盘的三大功能,不同地层应采用不同 的且与之相适应的刀盘结构设计形式。
盾构机背景知识

盾构刀具堆焊层设计与}r}能研究1.1课题背景我国中东部城市人口密集,交通状况口益紧张,公共交通系统迫待完善。
目前世界上一些大城市,如伦敦、巴黎、东京等的居民公交出行比例都在}o%到80%左右,Ifu北京地区居民乘坐地铁和地面公交的比例刚到3 0%,地铁轨道交通的医乏是一重要原因。
2001年开始,北京地区开始进行大规模地铁隧道建设,据规划,北京地区将在未来几年内新建8条地铁线路,总长200余公里,建设任十分务艰巨。
此外,我国20余个大中型城市也将在未来几年开始地铁隧道建设。
在人口密集的繁华闹市内进行地铁隧道挖掘,既不能用明挖法施工,又不能用矿山法施工,最好的选择就是后构法。
)舀构是后构机的简称,是一种暗挖隧道用的工程机械。
)舀构施工是在一个能支撑地层压力}fu又能在地层中推进的圆形(或矩形和马蹄形等特殊形状)钢筒结构的掩护下,完成挖掘、出土、隧道支护等工作,它最大的特点就是整个隧道掘进过程都是在这个被称做护后的钢结构的掩护下完成的,可以最大限度地避免坍塌和地面塌陷[y。
采用后构法施工,既可避免对地面大开挖,又可减少噪音;既能提高速度,又能降低造价;既可保证安全质量,又不受气候影响。
美国、德国、英国、法国、口本、等许多发达国家普遍采用这种施工法。
地铁五号线是首次将后构施工法应用十北京城市地铁隧道建设,地铁后构施工的关键设备是后构掘进机。
北京地铁五号线施工用的土压平衡(Earth Pressure Balance EPB)舀构机是耗资4800万兀左右从德国引进的最新大型机械。
经试验段的地下隧道后构施工,积累了大量经验和实验数据,也显现出一些问题。
)舀构机的零部件还需要进口,Ifu作为消耗品的后构刀具更是成为影响施工工期和施工成本的一个重要问题。
围绕提高后构机刀具的使用寿命开展研究,进}fu实现后构机刀具的国产化已成为急待解决的问题之一。
本课题就后构机刀具的修复及国产化进行了研究,刀具刃口的修复方法选择堆焊,材料的选择方面,结合课题组的研究经验和后构机刀具的性能要求选择为药芯焊扮。
盾构机的刀盘和刀具

l ● _ - I ● _ - ● - ● _ -
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力 值 趋 于减 小 。 低 速 情 况下沥 青 混凝 土 路 面呈 粘 弹 会 迅速 加剧 。 在 因此高速 、 大切 深铣 刨路面 对铣 刨机 的刚 性状 态 , 刀具前角对切屑 的挤压 以及 后角对 已加工路 面 性 和功率 提 出了较高的要求 。 的摩 擦使得刀尖 附近 的应 力值增大 ; 随着切 削速度 的增
于平 稳。 另外还 可以看 出在切 削过程 中刀尖前端 的沥青 o 呈现为 负值 ; … o 和 o 由低逮 陧慢 随着速 度 o
参考 文献
1陈志 刚, 1 ] 周里群, 黄霞春 . 基于 ANS YS的金属切削过程有 混凝 土路面主要 受到刀尖对 其的挤压 , 从而 o 盯 … 和 [ 限元仿真 . 岩机 械气动工具 , 0 7 1 4 .4 凿 2 0 ,(), 65 .
重要性 : 刀盘 的选择 是否合 适直接 影响盾构掘进 机
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渣 土顺利通 过渣槽 , 进入 土舱 ; 稳定功 能 : 支撑 掌子面, 具有 稳定掌子 面的功 能 ; 搅拌功能 : 对土舱 内的渣土进行搅拌 使渣 土具有一
综 上所 述 , 对于 较小切 削深度 的路面铣 刨机 , 削 切
大 , 青混 凝土在 切削过 程 中脆性 越 来越 明显 , 沥 产生 的 速 度最 好维持在 20 0 mm/ 0 s以下, 对于较 大的切 削深
切屑对前 刀面的挤压程 度 降低 , 而使 得刀尖 附近 的应 度 , 从 可以选 择较 大切削功率 的路面铣 刨机 以较大 的切削 力值 趋于减 小 ; 当速 度达 到一定 程度 的时候 , 这个值 趋 速 度来完 成切削作用, 提高切削效率 。
盾构切削刀具寿命的计算

参考文献
1 张凤祥 朱合华 傅德明编著 . 盾构隧道 . 北京 : 人民交通 2 何 其 平 . 土 压 平 衡 盾 构 刀 盘 结 构 探 讨 . 工 程 机 械 2003
!"$ 计算方法
刀具的掘削距离寿命 L 按式 3 >计算 ,式中各量 值的确定如下 :
3 切削刀具寿命的计算
通常盾构刀盘外圈刀具的磨损量 8 由下式 计算
1> 刀具切入量 Pe
刀具切入量 Pe 是 刀 具 每 转 的 切 入 深 度 , 采 用
8
~ ~ ~ ~ K T D N L/V
>
-- 磨损量 mm > 式中 :8-- 磨耗系数 mm/km> !K-- 盾构刀盘外径 m > !D-- 刀盘的转动速度 r/min> !N-- 掘进距离 m> L-- 掘进速度 cm/min > !V为了确定当刀盘磨损达到刀具限定磨耗量时 , 盾构所能掘削推进的距离 , 即确定刀具的掘削距离 寿命 L,可对式 > 作适当变化 :
12.5!10-3 9.92!10-3 1 600 2.3 1.60 3 662 2 000 2 016 2.3 2.32 3 182 2 000
4~15 2~2.75 1.37~5.17
15~25 7.5~12.5 5.17~8.6
25~45 12.5~22.5 8.6~15.5
E-5 E-3 E-2
1.60 2.32 3.04
1把 2把 3把
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3> 刀具转动距离寿命 7
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盾构机刀具的分类与布置

盾构机刀具的分类与布置刘文波,杨学锋,万壮,王守仁,夏国峰,李丹(济南大学机械工程学院,山东济南250022)摘要:本文论述了盾构机刀具的分类、组成和材料,介绍了盾构机刀具的基本工作原理,针对不同的地形的刀具选择和布置形式,总结出盾构机刀具良好减摩抗磨的布置,并对盾构机刀具布置的发展进行展望。
关键词:盾构机;刀具分类;工作原理;布置中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:1001-196X(2019)02-0006-06Classification and arrangement of shield machine cuttersLIU Wen-bo,YANG Xue-feng,WAN Zhuang,WANG Shou-ren,XIA Guo-feng,LI Dan (School of Mechanical Engineering,University of Jinan,Jinan250022,China)Abstrach:Thic papee discussed the classification,composition and materials of shield cutters,and introduced the basic working principle of shield cutters.A summarized the tool selection and layout foe dferent terrains,and summarized the good friction reduction of shield cutters,anti-wees layout,and the development of shield machine tooO layout.KeyworSs:shield machine;cutter classification;working principle;layout0前言现阶段,隧道建设是解决交通拥挤的主要方法,也是打通山区与平原交通的主要手段。
盾构机刀具磨损的分析

3.1 刀盘布局 盾构机刀盘分为三个区域:中心区、正面区和边缘区。
正面区刮刀 边缘刮刀
双刃齿刀
双刃滚刀
单刃齿刀 超挖刀
3.1.1 中心区 该区是刀盘布局的关键,既要考虑对砂土、粘土和较为 破碎岩层的开挖和出土的适应性,又要兼顾到整个区间围岩 的强度,因此该区采用齿刀和滚刀可以互换的方案,刀座设 计成既可以安装齿刀,又可以安装滚刀,而且设计成背装式 ,即可以在刀盘后面对刀具进行更换。 该区布置有6把双刃滚刀(或6把双刃齿刀),硬岩用滚 刀,软土用齿刀。6把双刃滚刀的刀间距为180mm.。 3.1.2 正面区 该区采用刮刀与双刃滚刀(或单刃齿刀)组合的布局 方式,共设64把刮刀和8把双刃滚刀(或单刃齿刀),刮刀 在刀盘的四个方向分两列布置,其宽度使得每把刀的切割轨 迹有所重叠,可使开挖土体清除干净。滚刀安装高度超刮刀 高度35mm,双刃滚刀和单刃齿刀可以互换,硬岩用滚刀, 软土用齿刀。
6.2 根据不同的地层选择不同的刀具 根据地质资料和对出土情况的判断来确定刀具的更换, 特别是两种地层的交界处。从<7>岩石强风化带向<8>岩 石中风化带<9>岩石微风化带地层转换,如不能及时将齿刀 更换为滚刀,就会很快加剧齿刀地磨损;从硬岩地层向软土 地层转换,如不及时将滚刀换回齿刀,也有可能出现滚刀偏 磨的现象。 6.3 定期对刀具进行检查 在硬岩区<8><9>地层中,如果出现推力过大推进速度 小扭矩也偏小,盾构机姿态纠正很难的现象时,就要考虑刀 具是否磨损严重,安排开舱检查刀具。 如果连续出现刀盘或螺旋输送机被卡住、驱动电机熄火 的现象时,应立即停机进边缘滚刀(正面滚刀) 8.1 边缘滚刀(正面滚刀)的维护和修复 根据更换的边缘滚刀(正面滚刀)的磨损情况和使用记 录,来确定滚刀的维护和修复方案。如果刀圈磨损量没有超 过25mm,可先检查滚刀密封油是否足够,如密封油不够就 应添加;用锯条将滚刀端盖和轴承缝之间的碎石泥土清理干 净并检查油封及油封座是否完好,如有损坏应换新或修复。 如刀圈磨损量超过25mm,就应割掉刀圈,重新换上新 刀圈;同时也要检查密封油、油封和油封座,并根据检查情 况进行维护。 8.2 中心区滚刀的维护和修复 中心区滚刀修复的方法和边缘滚刀基本相同,由于其 结构和边缘区滚刀结构不同,其工艺程序比较复杂。
刀具的结构及切削原理.

三棱刮刀
切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具,其形状、布局将对开挖效果 有重要影响。切削刀切削土体的示意见下图。对于软土地层或经滚刀破碎 后的碴土将通过切刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽, 因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。
刀具
切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具,盾构向前推进的 同时,刀刃和到头部分插入到地层内部,随刀盘旋转对开挖 面土体进行切削。适用于软土及泥岩地层。一般情况下, β (前角)与α (后角)值随切削地层特性不同变化,取值范围 在5~20度之间,粘土地层稍大,砂卵石地层稍小。
切削刀一般形状示意图
盾构施工技术
盾构区间不仅需穿越常见的软弱地层,同时还需在部分硬岩地 段中通过。因此在刀具选择上既要考虑在软岩中开挖的需要,也 要考虑在硬岩中的要求。一般认为刮刀适用于土层及部分软岩, 盘形滚刀适用于硬岩,其中单刃滚刀能用在强度很高的岩石中, 国外曾有在抗压强度超过200 MPa岩石中应用的工程记录。
盘形滚刀圈
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
鱼尾刀切削土体示意图
仿形刀布置在辐条的两端。盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏 时,可以根据超挖多少和超挖范围的要求,从辐条两端径向伸 出和缩回仿形刀,达到仿形切削的目的,实现曲线推进和顺利 转弯及纠偏。
盾构施工技术
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齿刀示意图
盾构施工技术
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谢 谢!
盾构施工技术
SHIELD CONSTRUCTION TECHINQUE
切削刀切削土体示意图
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本文 简要 介绍 盾构 刀具 的分类 和组 成 。
1 盾构 刀具 的分 类
在煤 矿巷 道挖 掘 中的推 广试 用 , 盾 构设 备及 刀具 的发 展空 间和需 求 将会越 来 越大 。 我 国盾 构刀具
收 稿 日期 : 2 0 1 3 — 0 5 — 0 8
自钻 式 锚 固钻 具 是集 钻 进 、 注浆 、 锚 固为 一 体 的岩 土 锚 固工具 , 在 国外 地 下 工 程施 工 、 隧 道
p r o c e s s o f c u t t e s r a n d r o l l i n g c u t t e s r u s e d o n t h e s h i e l d ma c h i n e . I t c a n f u n c t i o n a s a r e f e r e n c e f o r t h e u s e s r a n d k e e p e r s
L U Z h i - f e n g , L I U Yu - h a i , L I U Xu e ・ - h o n g
( S h a n d o n g T e c h g o n g G e o t e e h n i c a l E n g i n e e i r n g E q u i p m e n t C o . , L t d , L i a o e h e n g 2 5 2 0 0 0 , S h a n d o n g P r o v i n c e , C h i n a )
具和滚压刀具的功能、 形状 、 用材及制造工艺 , 对 盾 构 机 用 刀 具 的 使 用 者 与管 理 者 有 借 鉴 作 用 。
关键词 : 盾构刀具 ; 切 削刀 分 类 ; 滚刀结构 ; 刀 具 焊 接
中 图分 类 号 : T D 4 2 1 . 2 + 5 文献标志码 : B
I n t r o d u c t i o n t o S hi e l d Ma c h i n e Cu t t e r
o f s h i e l d ma c h i n e c u t t e s. r
K e y wo r d s : s h i e l d ma c h i n e c u t t e r ; t h e c a t e g o r y o f s h i e l d ma c h i n e c u t l e s; r t h e s t r u c t u r e o f r o l l i n g c u t t e r s ; t h e c u t t e r
Ge o t e c hn i c a l Dr i l l i ng a n d Exp l o r a t i o n.
边坡 治理 、大 型水 电工程 地下 厂 房整 体支 护 、 以 及地 质灾 害救 助等 众多 工程 项 目中大 量使 用 。 近年 来 , 随着 我 国基础 建设 工 程项 目中对 施
工周 期和 质量 要求 的提高 . 使 用 自钻式 锚 固钻 具
的数 量在 持续 增加 。 目前 , 国 内对 自钻 式锚 固钻 具 的生产 尚属 于初 期 发展 阶段 , 仅 有 的几 家生 产 企业 集 中在 四川成 都 和陕 西汉 中一 带 , 且 产量 和
盾 构 刀 具 简 介
盾构 刀具简: 介
吕志峰 , 刘玉海 , 刘 学红
( 山东 天工岩 土 5 - 程设 备 有 限公 司 , 山东
摘
聊城 2 5 2 0 0 0 )
要: 盾 构 刀 具 是 盾 构 机 切 削岩 土 的工 具 。本 文 介 绍 了 盾 构 机用 刀具 的分 类 , 扼要 叙 述 了盾 构 机 的切 削 刀
we l d i n g
盾构 刀具 是盾 构法施 工 不可 缺少 的工具 。 近 年来 , 随着 盾 构 法 施工 在 我 国城市 轨道 、 城 市管 网、 公路、 铁ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 、 水 利等 隧道 建设 中的广 泛应 用 和
经历 了从 依 赖进 口到平 分 国 内市 场 , 到部 分产 品
出 口 的过 程 。
A b s t r a c t :T h e s h i e l d ma c h i n e c u t t e r i s a t y p e o f t o o l e mp l o y e d b y a s h i e l d ma c h i n e t o c u t r o c k& s o i l .T h e p a p e r d e s c i r b e s t h e c a t e g o r y o f s h i e l d ma c h i n e c u t t e r s a n d f o c u s e s o n t h e f u n c t i o n , s h a p e , ma t e ia r l , a n d ma n u f a c t u i r n g
锚固、 采 矿巷 道和 建筑 基坑 加 固 、 公路 、 铁 路 山体
品种规 格都很 有 限 . 有条 件 的钎钢 钎具 生产 企业
应 该 关 注这 种 产 品 的 国 内外 市 场 发展 趋 势 和 需 求动向。 参 考 文献 :
[ 1 ] A t l a s C o p c o . M A I S D A s e l f d i r l l i n g a n c h o s【 r Z 】 . A t l a s C o p c o